單片機(jī)開(kāi)發(fā)與典型工程項(xiàng)目實(shí)例詳解致謝與分工

本書由邊海龍、孫永奎任主編，參與編寫的有陳勇、鄭國(guó)玲、羅楊、周建華、張攀峰和王蒞兵。姚新軍負(fù)責(zé)前期的策劃和后期質(zhì)量監(jiān)控。參與具體工作的還包括：王斌、萬(wàn)雷、張強(qiáng)林、許志清、陳鯤、余松等。成都易為科技有限責(zé)任公司負(fù)責(zé)全書的審校。本書在編寫過(guò)程中還受到電子科技大學(xué)教授的關(guān)心和指導(dǎo)。非常感謝電子工業(yè)出版社老師的辛勤努力，使本書在第一時(shí)間與讀者見(jiàn)面。

由于編者水平有限，書中難免有疏漏和不足之處，懇請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正jsj@phei.com.cn。

本書光盤包含所有項(xiàng)目案例相關(guān)的硬件電路設(shè)計(jì)圖、程序代碼和相關(guān)流程圖，讀者稍加修改便可應(yīng)用于實(shí)際的工作或者自己的課題。光盤內(nèi)容主要由3部分組成：

Protel電路設(shè)計(jì)圖

程序代碼

Visio流程圖

本書深入淺出、通俗易懂，并注重理論聯(lián)系實(shí)際，著重實(shí)際應(yīng)用。具有如下顯著的特點(diǎn)：

8大完整單片機(jī)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，層層剖析單片機(jī)開(kāi)發(fā)實(shí)踐，快速掌握應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

突出所選取內(nèi)容的實(shí)用性、典型性。項(xiàng)目案例來(lái)自科研工作及實(shí)際工程，內(nèi)容豐富、翔實(shí)。設(shè)計(jì)方案均為典型方案，有利于讀者提高設(shè)計(jì)工作的效率。

細(xì)致講解設(shè)計(jì)原理和思路、基本開(kāi)發(fā)流程和代碼注釋，方便讀者理解和掌握知識(shí)。對(duì)于重點(diǎn)難點(diǎn)給予提示講解，輕松學(xué)到更多。

關(guān)注開(kāi)發(fā)實(shí)踐，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)用到的新器件做了詳細(xì)的介紹，結(jié)合關(guān)注度高的USB開(kāi)發(fā)和系統(tǒng)可靠性技術(shù)做了詳細(xì)講解。

書盤結(jié)合，快速提高學(xué)習(xí)效率。光盤中附帶了硬件電路的設(shè)計(jì)圖、程序代碼和相關(guān)流程圖，讀者稍加修改就可以應(yīng)用于自己的工作或者完成課題設(shè)計(jì)。

本書配有光盤一張，包含全書所有項(xiàng)目案例的硬件原理圖、程序代碼、相關(guān)流程圖，方便讀者學(xué)習(xí)和使用，因此可作為單片機(jī)應(yīng)用的初學(xué)者和廣大科技人員的參考書。本書有助于讀者采用單片機(jī)為各自所從事的學(xué)科解決實(shí)際問(wèn)題。

隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，單片微型計(jì)算機(jī)也隨之大發(fā)展，各種新穎的單片機(jī)層出不窮。單片機(jī)具有體積小、重量輕、應(yīng)用靈活且價(jià)格低廉等特點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于人類生活的各個(gè)領(lǐng)域，成為當(dāng)今科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化不可缺少的重要工具。人們迫切希望學(xué)習(xí)和應(yīng)用單片機(jī)解決各自工作中碰到的技術(shù)問(wèn)題。為此，我們編寫了本書。

單片機(jī)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)融合了硬件和軟件的相關(guān)技術(shù)。要完成單片機(jī)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，用戶不僅需要掌握編程技術(shù)，還需要針對(duì)實(shí)際應(yīng)用選擇合理的單片機(jī)芯片和外圍器件，以此為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)硬件電路。

通過(guò)具體的項(xiàng)目案例來(lái)學(xué)習(xí)單片機(jī)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)是一條科學(xué)而且高效的途徑。在項(xiàng)目案例的選擇上，本書著重突出“應(yīng)用”和“實(shí)用”的基本原則，項(xiàng)目案例來(lái)源于實(shí)踐，具有代表性、技術(shù)領(lǐng)先性，以及應(yīng)用的廣泛性。基于這個(gè)原則，編者從多年實(shí)際項(xiàng)目案例出發(fā)，細(xì)致講解單片機(jī)項(xiàng)目的需求、設(shè)計(jì)原理、相關(guān)知識(shí)、單片機(jī)選型、電路設(shè)計(jì)、具體模塊設(shè)計(jì)和編碼實(shí)現(xiàn)，以使讀者對(duì)單片機(jī)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)有系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。

本書注重將多年的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)和技巧融合到具體項(xiàng)目案例的講解中，為開(kāi)發(fā)人員提供必要的知識(shí)積累，解決實(shí)際工程中的問(wèn)題。在程序開(kāi)發(fā)語(yǔ)言方面，本書盡量用簡(jiǎn)潔的語(yǔ)言來(lái)清晰闡述易于理解的概念和思路，并且附帶程序流程圖。同時(shí)，對(duì)程序代碼作了細(xì)致的中文注釋，有利于讀者舉一反三，快速應(yīng)用和提高。

圍繞實(shí)踐與經(jīng)驗(yàn)，注重應(yīng)用和實(shí)用，8大完整單片機(jī)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，實(shí)用、典型，上手容易。

第1章 單片機(jī)開(kāi)發(fā)的硬件基礎(chǔ) 1

1.1 單片機(jī)的應(yīng)用和特點(diǎn) 1

1.1.1 單片機(jī)的應(yīng)用 1

1.1.2 主流單片機(jī)的種類及特點(diǎn) 3

1.2 MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 7

1.3 MCS-51單片機(jī)的引腳功能與時(shí)序 9

1.3.1 MCS-51系列單片機(jī)引腳說(shuō)明 10

1.3.2 MCS-51單片機(jī)的時(shí)序 16

1.4 MCS-51單片機(jī)的存儲(chǔ)器組織 17

1.4.1 程序存儲(chǔ)器 18

1.4.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 19

1.4.3 特殊功能寄存器 21

1.5 單片機(jī)最小系統(tǒng) 24

1.5.1 單片機(jī)最小系統(tǒng) 24

1.5.2 彩燈控制器的設(shè)計(jì) 25

1.5.3 順序控制器的設(shè)計(jì) 27

1.6 本章小結(jié) 29

第2章 單片機(jī)開(kāi)發(fā)軟環(huán)境 30

2.1 單片機(jī)C語(yǔ)言宏配置介紹 30

2.1.1 處理器的配置 30

2.1.2 ID區(qū)域 31

2.1.3 EEPROM數(shù)據(jù) 31

2.2 單片機(jī)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 31

2.2.1 類型限定詞 32

2.2.2 常數(shù) 33

2.2.3 變量 34

2.2.4 構(gòu)造數(shù)據(jù)類型 38

2.2.5 函數(shù) 46

2.2.6 中斷 49

2.2.7 C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言的嵌套使用 53

2.2.8 偽指令 54

2.3 MPLAB IDE編譯器簡(jiǎn)介 57

2.3.1 MPLAB工程管理器（MPLAB Project Manager） 57

2.3.2 MPLAB文本編輯器（MPLAB Editor） 57

2.3.3 MPLAB軟件仿真器（MPLAB-SIM Simulator） 58

2.3.4 MPLAB在線仿真器（MPLAB-ICE Simulator） 58

2.4 MPLAB IDE的安裝和使用 58

2.4.1 MPLAB IDE的安裝要求 58

2.4.2 MPLAB IDE的使用 59

2.4.3 實(shí)例應(yīng)用 59

2.4.4 MPLAB IDE中的工程 62

2.4.5 MPLAB IDE工程的編譯 65

2.4.6 MPLAB IDE的軟件仿真 66

2.5 MCC18基礎(chǔ) 68

2.5.1 MCC18的安裝目錄瀏覽 68

2.5.2 MCC18的語(yǔ)言執(zhí)行流程 70

2.5.3 MCC18舉例 70

2.5.4 MCC18的編譯環(huán)境 72

2.5.5 MCC18和單片機(jī)的比較 73

2.6 單片機(jī)的混合開(kāi)發(fā) 74

2.6.1 C51和匯編語(yǔ)言的性能比較 74

2.6.2 C51和匯編語(yǔ)言的混合編程 74

2.7 本章小結(jié) 79

第3章 單片機(jī)開(kāi)發(fā)工程基礎(chǔ) 80

3.1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程 80

3.2 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)兩設(shè)計(jì)原則 82

3.2.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 82

3.2.2 應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)原則 83

3.3 單片機(jī)的選型 83

3.3.1 單片機(jī)選型的原則 83

3.3.2 單片機(jī)選型參考 85

3.3.3 開(kāi)發(fā)工具的選擇 86

3.4 系統(tǒng)常見(jiàn)故障與調(diào)試 87

3.5 本章小結(jié) 88

第4章 數(shù)字濾波及簡(jiǎn)單的控制算法 89

4.1 數(shù)字濾波算法 89

4.1.1 算術(shù)平均值濾波 90

4.1.2 滑動(dòng)平均值濾波 92

4.1.3 防脈沖干擾平均值濾波 93

4.1.4 中值濾波 95

4.1.5 一階滯后濾波 96

4.2 數(shù)字PID控制算法 97

4.2.1 位置式PID控制算法 98

4.2.2 增量式PID控制算法 100

4.2.3 積分分離的PID控制算法 102

4.2.4 變速積分PID控制算法 103

4.3 本章小結(jié) 104

第5章 鍵盤接口電路 105

5.1 鍵盤設(shè)計(jì)的組成和分類 105

5.1.1 鍵盤的物理結(jié)構(gòu) 106

5.1.2 鍵盤的組成形式 106

5.2 鍵盤接口的工作過(guò)程和工作方式 111

5.2.1 鍵盤的抖動(dòng)干擾和消除方法 111

5.2.2 盤接口的工作過(guò)程 112

5.2.3 鍵盤的工作方式 112

5.3 鍵位置的判別方法 113

5.4 鍵盤接口設(shè)計(jì)的儲(chǔ)存芯片和

5.4 相關(guān)協(xié)議 114

5.4.1 鍵盤接口設(shè)計(jì)的儲(chǔ)存芯片 114

5.4.2 AT24CXX系列的芯片及I2C協(xié)議 114

5.4.3 A93CXX系列的芯片及SPI協(xié)議 124

5.5 鍵盤接口實(shí)現(xiàn)的工程實(shí)例 132

5.5.1 矩陣鍵盤接口的工程實(shí)例 132

5.5.2 矩陣式中斷掃描鍵盤的設(shè)計(jì) 137

5.5.3 二進(jìn)制編碼鍵盤接口的工程實(shí)例 139

5.6 重點(diǎn)與難點(diǎn) 141

第6章 城市交通指揮系統(tǒng) 143

6.1 交通燈順序控制 143

6.1.1 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 143

6.1.2 反向器74F06 145

6.1.3 控制字 145

6.1.4 程序設(shè)計(jì) 145

6.2 設(shè)計(jì)一種基于模糊理論的單片機(jī)控制交通路口調(diào)度系統(tǒng) 148

6.2.1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 148

6.2.2 十字路口調(diào)度系統(tǒng)模糊控制器的設(shè)計(jì) 149

6.2.3 電路設(shè)計(jì) 151

6.2.4 車流量檢測(cè)電路 154

6.2.5 系統(tǒng)主程序和模糊控制程序設(shè)計(jì) 155

6.2.6 系統(tǒng)顯示程序設(shè)計(jì) 157

6.3 重點(diǎn)與難點(diǎn) 159

第7章 陣列式LED顯示屏 161

7.1 顯示屏顯示原理及串行通信基本概念 161

7.1.1 顯示屏顯示原理 161

7.1.2 串行通信 163

7.1.3 陣列式LED顯示屏的實(shí)現(xiàn) 166

7.2 顯示屏硬件電路設(shè)計(jì) 166

7.2.1 硬件電路介紹 168

7.2.2 外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器電路 170

7.3 列式LED顯示屏顯示程序的171

7.3.1 漢字點(diǎn)陣數(shù)據(jù)的提取 171

7.3.2 顯示主程序 174

7.3.3 串口中斷處理程序 176

7.3.4 顯示驅(qū)動(dòng)函數(shù) 179

7.3.5 外部存儲(chǔ)器讀寫程序 181

7.3.6 串口通信程序 181

7.3.7 文字顯示特效程序 182

7.4 本章小結(jié) 191

第8章 IC卡讀/寫系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及其192

8.1 IC卡基礎(chǔ) 192

8.1.1 IC卡的分類 192

8.1.2 IC卡的標(biāo)準(zhǔn) 194

8.2 接觸型IC卡讀寫系統(tǒng)的開(kāi)發(fā) 194

8.2.1 IC卡讀寫系統(tǒng)的時(shí)序 195

8.2.2 IC卡讀寫系統(tǒng)的硬件連196

8.2.3 IC卡讀寫系統(tǒng)的軟件系統(tǒng) 197

8.3 基于SLE4442加密卡讀寫系統(tǒng)的開(kāi)發(fā) 201

8.3.1 SLE4442卡的介紹 201

8.3.2 SLE4442的模式 203

8.3.3 SLE4442的操作命令 205

8.3.4 SLE4442讀/寫系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì) 208

8.4 重點(diǎn)與難點(diǎn) 215

第9章 無(wú)刷直流電機(jī)控制 216

9.1 無(wú)刷直流電機(jī)控制原理 216

9.1.1 無(wú)刷直流電機(jī)的組成 217

9.1.2 無(wú)刷直流電機(jī)的工作原理 217

9.1.3 無(wú)刷直流電機(jī)的控制方法 219

9.2 無(wú)刷直流電機(jī)的工作特性 220

9.3 直流無(wú)刷電機(jī)控制的應(yīng)用實(shí)現(xiàn) 221

9.3.1 總體設(shè)計(jì)概述 221

9.3.2 直流無(wú)刷電機(jī)控制的硬件設(shè)計(jì) 222

9.3.3 直流無(wú)刷電機(jī)控制的軟件設(shè)計(jì) 224

9.3.4 無(wú)刷直流電機(jī)速度閉環(huán)控制系統(tǒng) 227

9.4 本章小結(jié) 230

第10章 永磁同步電機(jī)控制實(shí)現(xiàn) 231

10.1 永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)與分類 231

10.2 永磁同步電機(jī)的矢量控制 232

10.3 永磁同步電機(jī)控制 236

10.3.1 控制電路設(shè)計(jì) 237

10.3.2 光電隔離電路設(shè)計(jì) 238

10.3.3 功率電路設(shè)計(jì) 239

10.4 永磁同步電機(jī)控制的軟件實(shí)現(xiàn) 239

10.4.1 電壓SVPVM的DSPIC33f軟件實(shí)現(xiàn) 241

10.4.2 轉(zhuǎn)子位置檢測(cè) 243

10.4.3 AD轉(zhuǎn)換模塊 245

10.5 本章小結(jié) 246

第11章 汽車行駛狀態(tài)記錄儀 247

11.1 汽車行駛記錄儀功能介紹 247

11.2 簡(jiǎn)易汽車行駛記錄儀的設(shè)計(jì) 249

11.2.1 汽車行駛記錄儀的考慮因素 250

11.2.1 MSP430 251

11.2.2 車模擬信號(hào)的采集 254

11.2.4 數(shù)字信號(hào)采集電路 255

11.2.5 SST39VF160芯片介紹 257

11.3 記錄儀的軟件設(shè)計(jì) 257

11.3.1 軟件流程圖 258

11.3.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式 259

11.3.3 SST39VF160存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)讀寫的實(shí)現(xiàn) 259

11.4 數(shù)據(jù)采集的程序?qū)崿F(xiàn) 263

11.5 本章小結(jié) 264

第12章 USB-GPIB控制器的實(shí)現(xiàn) 265

12.1 USB-GPIB控制器簡(jiǎn)介 265

12.1.1 認(rèn)識(shí)USB 266

12.1.2 GPIB 269

12.2 USB-GPIB控制器的硬件電路設(shè)計(jì) 271

12.2.1 器件的選擇 272

12.2.2 USB-GPIB控制器電路設(shè)計(jì) 278

12.3 USB-GPIB控制器的軟件程序的實(shí)現(xiàn) 287

12.3.1 USB單片機(jī)協(xié)議控制芯片與主機(jī)（計(jì)算機(jī)）的數(shù)據(jù)交互 288

12.3.2 USB協(xié)議控制芯片與GPIB控制器的數(shù)據(jù)交互 299

12.4 USB-GPIB控制器固件的調(diào)試與固化 300

12.4.1 USB-GPIB控制器固件的調(diào)試 301

12.4.2 USB-GPIB控制器固件程序的固化 302

12.5 本章小結(jié) 303

第13章 單片機(jī)系統(tǒng)抗干擾技術(shù) 304

13.1 研究抗干擾技術(shù)的重要性 304

13.2 干擾的分類 305

13.2.1 按噪聲產(chǎn)生的原因分類 306

13.2.2 按噪聲傳導(dǎo)模式分類 306

13.2.3 按噪聲波形及性質(zhì)分類 307

13.3 干擾的耦合方式 308

13.4 單片機(jī)系統(tǒng)可靠性的設(shè)計(jì)任務(wù)與方法 310

13.4.1 單片機(jī)系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)的任務(wù) 310

13.4.2 可靠性設(shè)計(jì)一般方法 311

13.5 本章小結(jié) 313

第14章 單片機(jī)系統(tǒng)硬件抗干擾技術(shù) 314

14.1 無(wú)源濾波器抗干擾 314

14.1.1 電容濾波器 315

14.1.2 電感濾波器 316

14.1.3 RC低通濾波器 316

14.1.4 1LC低通濾波器 318

14.1.5 低通濾波器的結(jié)構(gòu)選擇 319

14.1.6 低通濾波器的平衡結(jié)構(gòu)與串聯(lián)形式 319

14.2 有源濾波器抗干擾 321

14.2.1 一級(jí)低通有源濾波器 321

14.2.2 二級(jí)低通有源濾波器 322

14.3 去耦電路 324

14.3.1 尖峰電流的形成原理 324

14.3.2 去耦電容的配置 325

14.3.3 光電隔離 326

14.3.4 繼電器隔離 328

14.3.5 變壓器隔離 328

14.3.6 布線隔離 329

14.4 接地技術(shù) 330

14.5 本章小結(jié) 334

第15章 單片機(jī)開(kāi)發(fā)的軟件可靠性 335

15.1 概述 335

15.2 指令冗余技術(shù) 336

15.2.1 單字節(jié)指令冗余 337

15.2.2 重要指令冗余 337

15.3 軟件陷阱技術(shù) 337

15.3.1 未使用的中斷向量區(qū)設(shè)置陷阱 338

15.3.2 RAM數(shù)據(jù)區(qū)中設(shè)置陷阱 338

15.3.3 未使用的EPROM數(shù)據(jù)區(qū)設(shè)置陷阱 339

15.3.4 非EPROM單片機(jī)空間設(shè)置陷阱 339

15.3.5 運(yùn)行程序區(qū)設(shè)置陷阱 339

15.4 看門狗技術(shù) 339

15.4.1 硬件看門狗技術(shù) 340

15.4.2 軟件看門狗技術(shù) 342

15.5 本章小結(jié) 3452100433B

原創(chuàng)經(jīng)典，中科院一線研發(fā)工程師傾力打造

深入介紹51單片機(jī)編程語(yǔ)言，透析單片機(jī)硬件編程操作

通過(guò)大量典型應(yīng)用案例，引領(lǐng)讀者迅速掌握51單片機(jī)開(kāi)發(fā)技術(shù)

本書主要介紹了MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)軟件（Keil、Proteus、程序下載工具）、系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)、C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)和電路仿真等相關(guān)技術(shù)。書中共設(shè)置23個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)例，其中單片機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)9個(gè)，主要介紹單片機(jī)內(nèi)部資源的應(yīng)用、C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、LED驅(qū)動(dòng)、數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)、按鍵等單元項(xiàng)目，其中電子表設(shè)計(jì)是檢驗(yàn)程序設(shè)計(jì)能力的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目；單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提高項(xiàng)目13個(gè)，主要介紹單片機(jī)外部器件的應(yīng)用電路與程序設(shè)計(jì)方法，如溫度傳感器DS18B20、I2C總線、串行接口、AD轉(zhuǎn)換器、DA轉(zhuǎn)換器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘DS1302、單色和彩色LCD以及單片機(jī)系統(tǒng)常用驅(qū)動(dòng)電路和接口電路等，其中漢字屏設(shè)計(jì)為提高項(xiàng)目的綜合訓(xùn)練內(nèi)容；項(xiàng)目23為單片機(jī)系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)內(nèi)容，介紹了含有VB上位機(jī)程序設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)一般過(guò)程。

本書列舉的項(xiàng)目實(shí)例詳盡地總結(jié)了MCS51系列單片機(jī)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)實(shí)踐過(guò)程中所涉及的應(yīng)用系統(tǒng)，項(xiàng)目設(shè)計(jì)以應(yīng)用為目的，以系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)為最終目標(biāo)，分難度和深度階梯進(jìn)行內(nèi)容設(shè)置。

本書適合于單片初學(xué)人員、廣大單片機(jī)發(fā)燒友和專業(yè)技術(shù)人員閱讀，也可作為高等院校相關(guān)專業(yè)的教材和參考書。